Estimation d'état et diagnostic de systèmes à commutation par filtrage multi-modèle, Sate estimation and diagnosis of switching systems by multiple model estimators

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Institut National Centre de Recherche
Polytechnique de Lorraine en Automatique de Nancy
´Ecole doctorale IAEM Lorraine
D´epartement de Formation Doctorale en Automatique
Estimation d’´etat et diagnostic de
syst`emes `a commutation par filtrage
multi-mod`ele
`THESE
pr´esent´ee et soutenue publiquement le 08 d´ecembre 2006
pour l’obtention du
Doctorat de l’Institut National Polytechnique de Lorraine
(sp´ecialit´e automatique et traitement du signal)
par
Abdelfettah HOCINE
Composition du jury
Pr´esident : M. Professeur `a l’Universit´e d’Aix-Marseille
Rapporteurs : D. Professeur `a l’Universit´e du Havre
M. `a l’ENSAM, Paris
Examinateurs : D. Professeur `a l’INPL, Nancy (directeur de th`ese)
J. `a Nancy (co-directeur)
D. Professeur `a l’Universit´e de Nancy 1
Centre de Recherche en Automatique de Nancy — UMR 7039 - Nancy-Universit´e, CNRS
2, Avenue de la Forˆet de Haye 54516 Vandœuvre-L`es-Nancy
T´el.+33(0)3 83 59 59 59 Fax +33(0)3 83 59 56 44
OuladsineTheilliolRag?gotVerquinLefebvreMalaMisthloria.enclassepageavecdeRemerciemend'assurertsleursLe?traquivMonsieurailppr?senleurt?sadans?cetm?moireaccept?ats?t?oureectu?etauonseintduremerciemenCenmani?retreideterrogationsRecJehercOuladsinehetraenjuryAutomatique?deauNancyJe(CRANmem-ctoranUMRbiance7039)treteniraueuxseinwdupgroupteuth?matiqueon"S?ret?cededuFetonctionnemencieusesttr?set?galemenDiagnosticprofesseurdesvSyst?mes"minersousaillapr?sidencedirectionMesdetMessieursDidierlessaprofesseursetDidierremarquesMaquinparticuli?remenettousJos?duRagot.lesJeptienset?haleureuseleursut?moigneraumas?jourprofondetoutgratitudeScppourtel'accueil,Enn,levsuivitousettl'aidequi,pr?cieused'unequ'ilsconm'onorationtvappapprofondieort?sm?moire,toutremarquesauinlongjudi-dem'once?t?trapr?cieuses.vremercieail.tJeleleurMustaphasuisd'atr?soirreconnaissand'exa-tcepvouretlalaconanceduqu'ils.m'onremerciements'adressent?moign?eaussitoutMonsieurauTheilliollongourdeparticipationmesjurytrapvsesauxfructueuses.detiensrecthercremercierhe.lesJ'exprimebresmaCRANgratitudetous?doMessieurstslesourprofesseurssympathieDimitril'amLefebcvrequ'ilsettMicenheltoutVlongerg?mond'aparmivetoirparticuli?remenaccept?Marjoriedehrappartzorteroursurconstanmondis-m?moireonibilit?.etmesptsouronl'in?t?r?tceuxqu'ilsm'ononsoutentouvd'uneouluoupautre,ortert?tribu?cel'?labtradevtraail.ail.Leurlectureii?Jemad?diem'acettesuisth?sefemme?etmesiiiparienrentsmaadoquir?ssoutenusans?lesquelss?urjeneiv.T.able.desd?lemati?rescasT.ableviennedes.gures.ixApproT.able.des.notations.R?f?rences.p1.4.1ersonnelles.1cIn.trolesduction?sieng?n?raleyChapitre(In1.M?tho.des.d'estimation.d'?tatd'?tatpar.m.ulti-mo.d?le.p.our.les.syst?mesd?le?tcom-.multi-moutationutation1.11.4.4Inordretro25ductiondeuxi?me.29.del.33.........v.....1.4.m.............g?n?rale.............1.4.2.m.our.comm.....18.he.p.?9.1.2.Filtrepseudo-badeduKalman....Estimateur.g?n?ralis?.....Estimateur.Multiple.....Conclusion...................o.........14.Estimation.par.ulti-mo........11.1.3.Syst?me.?.comm.utation.mark.o15vienneDescription?.temps.discret......................15.Appro13he1.3.1ulti-moCha?nespdeleMarknonoutanv..........1.4.3.c.m.d?le.our.syst?mes.comm.......21.Estimateur.y.g?n?ralis?.premier.........1.4.5.pseudo-ba.?sien.du13ordre1.3.2.Cha?nes.de.Mark1.4.6oIMMvteracting?MoespaceEstimator)d'?tats.discret....1.5........................13.1.3.3.Description.des.syst?mes.?.comm39utationmarkdeTateurable79des.mati?rm?-es.Chapitre.2.Diagnostic.des.syst?mes.?.commConditionutationo2.1.In.tro.duction..........?...................Mark.y...quasi.....quasi...........ateurs.tro...........aille..43vi2.2troPrincip.es.fondamen.taux.duormdiagnostic......65.de...3.4.........des...........de.....in44.2.2.1.Surv.eillance........87.p.o-...................ateur.............de.3.1..............44.2.2.2.Diagnostic3.2.du...............F.de.matrice.v.....quasi...............3.4.1.y.d'une..............44.2.2.3.Prise3.4.2deyd?cisionMPT.........Algorithme.n...........3.6...................4.m?moire.les.utation.4.1....46.2.2.4.P.erformance.d'une.pro.c?dure.de4.2diagnosticm?moire.............92.de.........4.2.2.l'horizon47.2.3.Estimateurs.m.ulti-mo.d?les.p.ourmatriceleMarkdiagnosticv.In.duction..............................48.2.3.1.Mo64d?leFdeulationd?fautprobl?me.............................3.3.onction.densit?.probabilit?.la.de.o.........67.Algorithme.ba49?sien2.3.2.D?tection.de.d?faut....................71.Estimation.ba.?sienne.param?tres.distribution.lange......................51.2.3.3.Construction.de.la.matrice.de72MarkEstimateurobav?sien.la...................3.5.par.t?gration.um?rique....53.2.3.4.?v.aluation.des.p.erformances.de.la84m?thoConclusionde...........................54.2.4.Exemple.de.simChapitreulationObserv.?.nie.our.syst?mes.comm.mark.vienne.In.duction...................................91.Observ.?55nie2.5.Conclusion........................4.2.1.d'existence.l'observ.................94.T.de......................60.Chapitre.3.Estimation94dela.4.2.3.Propri?t?sdesde.l'observ.ateur....Chapitre.................F...des.....d'estimation.Sous-estimateur.Estimateur.Choix.Exemple......95.4.3InObserv.ateur.?.m?moire.nie.a.vblesec.en.tr?ebleinconn.ue......................Conclusion......95.4.4.Observ.ateurulti-mo?.m?moire.nie.p.our.lesprobl?mesyst?mes.?.comm.utationdesmark.o.vienne.97en4.4.1.D?v.elopp.emen.t.deaula.m?tho.de....132.........................actif............99.4.4.2.Exemple.d'application........................Estimateur.structur?.duction.................129.ulation..101.4.5.Extension.de.la.m?tho.de6.3pdeour.les.syst?mes.?.en.tr?e6.3.1inconndeuedeux.mo..............106.4.66.3.2Conclusionde.d'un.mo.................Pro...............133...............133...............136.mo107.Chapitre.5.Observ.ateur.mixte.p137our.les.syst?mes.?.comm.utation.mark.o.vienne.5.1141In.tro.duction..............vii...............................126.6.m.d?le.6.1.tro..............113.5.2.Observ.ateur.?.m?moire.nie..........6.2.orm.du.............................130.Matrice.probabilit?s.transition..113.5.3.Observ.ateur.mixte..........130.Matrice.probabilit?s.transition.tre.sous-ensem.de.d?les.................................131.Matrice.probabilit?s115transition5.4seinExemplesous-ensem.de.d?les.................................6.4.c?dure...............................6.4.1..117.5.5.Observ.ateur.mixte.p.our.les.syst?mes.?.comm.utation.mark.o.vienne6.4.2.global........121.5.5.1.D?v.elopp.emen.t.de.la.m?tho.de..6.4.3.du.d?le...........................6.5........121.5.5.2.Exemple.d'application........................6.6..........................123.5.6.Conclusion......147..